矿井防突水措施

作者:安全管理网 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2016年11月21日

三下山扩区运输巷位于矿井二采区西北部,开口位置位于7#皮带机尾以西40米处,工作面沿主采2#煤层倾向布置,属采区准备巷道。地面相对位置为黄土覆盖山梁,黄土覆盖厚度290?70米。地面无任何建筑物及村庄。开采标高1180?050m;根据地测资料分析开采最低标高为1050米,高于本区域奥灰水位标高755米,但为了防止水害事故发生,防患于未然,确保矿井安全生产,特制定以下防突水专项安全措施。
        一、矿井区域水文地质条件
        (一)地表水
        井田内无大的河流,井田南部的北东-南西向展布的山梁形成了一条天然分水岭,其南西侧冲沟水汇集于乡宁县鄂河后向西注入黄河。北东侧冲沟水汇入台头沟,向东至乡宁县光华镇汇入豁都峪河,然后向南东出境至襄汾县汇入汾河。
        井田西部的马泉、蒿地沟两大沟均有泉水溢出,但流量很小,小于0.001L/s,遇暴雨时节沟内可见时有洪水汇流,但数小时后即减弱为小细流。几于后完全断流。
        由于天然分水岭近矿区展布,其两侧山坡沟谷径流距离短,基本上常年无水,均为季节性河流。
        本区水系属黄河流域汾河水系。
        (二)主要含水层描述
        矿区位于区域龙子祠岩溶泉域的补给区。
        矿区主要含水层按成因及岩性可划分为四类,现分述之:
        1、奥陶系岩溶裂隙水含水岩组
        奥灰水是影响煤系地层开采的主要含水层,位于本系组底部。据山西省第五地质工程勘察院《乡宁县沙坪(吉县)煤炭有限责任公司矿井水文地质调查报告》,矿区周边共施工奥灰水供水井3处,现分述之:
        ⑴ 该矿于2003年6月在台头镇西北约2.5km处(及井田工业广场附近)施工一深水井,井深750m,揭露奥灰岩层474m,寒武系白云岩层50m,水位埋深230m,水位标高1010m,出水量288m3/d。据该孔资料,岩溶裂隙较发育,富水性较强。
        ⑵台头镇政府供水井,位于台头镇东南,距本矿2000m,2004年建井,井深871.3m,井口高程1040m,水位埋深415m,水位标高650m,涌水量 600m3/d ;
        ⑶ 麦积峪老坑口,距本矿500m,2001年建井,井深650.0m,井口高程1295m,水位埋深540m,水位标高755m,涌水量 456m3/d ;
        据区域岩溶水资料,矿区一带岩溶水水位标高推测750-780m之间,查区域地层资料,对应的地层位置应是奥陶系上马家沟灰岩地层(距本溪组底部290)。岩溶水标高与麦积峪老坑口水井相近,且麦积峪老坑口水井在三个供水井中,离矿区中心地带仅有1200m,距离矿区南界仅500m。与其它二个供水井相比,更具代表性,故此次核查计算采用麦积峪老坑口水井资料,此井中岩溶水水位标高755m。
        2、碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙溶隙含水岩组
        含水层主要包括砂岩(K1)和三层灰岩(K2、K3、K4),为区内主要含水层。
        K2灰岩为主要含水层,厚度8.16m左右,是9号煤层顶板直接充水含水层,岩溶裂隙不发育,据井田内606号水文孔抽水试验,用空压机抽干,单位涌水量<0.001L/s?qm,水位标高1304.81m,故K2石灰岩为极弱富水性岩层。K3石灰岩厚6.25m,K4石灰岩厚1.45m,岩溶裂隙均不发育,钻孔冲洗液消耗量0.8-14.5m3/h,均为极弱富水性岩层。底部K1砂岩为细粒砂岩,裂隙不发育,为极弱富水性岩层。
        3、碎屑岩类裂隙含水岩组
        主要由K7、K8、K9、K10、K12及K13等砂岩组成,K8砂岩相对富水,为2号煤层的直接充水含水层,砂岩层厚3.93m,裂隙较发育,据606号孔抽水试验,水位标高为1397.73m,单位涌水量<0.001L/s?qm,属极弱含水层。
        4、第四系砂砾石层孔隙含水层
        区内黄土层一般为透水层,不含水,分布于山顶及山坡。砂砾石层接受大气降水和地表水补给,分布于山区现代河谷下部,涌水量一般介于0.001?.05L/s.m之间,仅可充做一般生活用水水源。
        (三)井田主要隔水层
        主要由本溪组铝质泥岩、泥岩及K1石英砂岩组成,隔水层全厚约76m左右,隔水性能良好,构成奥灰含水层的直接顶板。切断了奥灰水与煤系地层含水层之间的水力联系。
        各标志层沉积稳定,其间所夹的泥岩、页岩层致密,沉积稳定,构造裂隙不发育,构成各含水层间良好的隔水层。受其控制煤系地层间含水层均为层状产出。
        (四)构造对水文地质条件的影响
        井田内总体为一单斜构造,局部发育有向、背斜构造,井田北部发育有F1、F2两条落差较小的断层,均为地表调查及井巷开拓揭露,据本矿开采2号煤层井下调查,断层带无导水现象,故构造对煤层开采影响不大较小。
        (五)地下水补、迳、排条件
        井田内地下水主要为石炭系上统太原组砂岩裂隙含水岩组、灰岩岩浴水含水岩组及奥陶系灰岩岩溶水含水岩组,井田处于地下水补给区。迳流方式多由岩层倾向方向流动,排泄方式一是于地形低凹处以泉的形式排泄,另一方面由人工开采形式排泄。
        综上所述,井田内2、3号煤层西部区赋存在区域侵蚀基准面之下,但矿区批采标高849.99m,高于奥灰水水位755m,区内以大气降水为矿井充水的主要来源,坡陡、沟多,大气降水大部分迅速排出区内,井田总体为倾向北西的单斜构造,不利于地下水的聚积,不排除局部聚水构造存在。本矿现开采2号煤层,矿井充水主要来自井硐及煤层顶板之上含水层,2、3号煤层西北方向底板最低标高低于奥灰水水位,但不在批采范围,故矿区内开采2、3号煤层现阶段矿井水文地质仍属以裂隙充水为主、水文地质条件简单类型。总体分析,矿井突水事故对采掘影响不大。
        二、目的和要求
        1、目的:为了解决奥灰水对三水平下山采区的施工威胁,对该区进行水文地质调查与研究,获得相关技术参数,为科学的指导该区安全生产提供依据,防止该区域的奥灰水突然涌出造成水患。
        2、要求:按照《煤矿安全规程》、《矿井水文地质规程》、《矿井防治水条例》及公司文件要求进行编制。
        三、突水因素分析
          采掘过程中,造成底板突水的因素是多方面的,是多种因素综合作用的结果.根据现场实际观测及有关理论分析,认为影响底板突水的因素主要有以下几个方面.
            1.矿压
          采矿过程中的矿山压力,对工作面底板具有严重的破坏作用,产生新裂隙,并“活化”原有断裂,导致底板突水.
          随着采煤工作面的推进,底板任一断面总是经历超前支撑压力压缩破坏、采后悬顶卸压膨胀破坏、采空区周边剪切破坏、最后顶板冒落压实的再受压过程.其中采空区卸压膨胀及其周边剪切对底板破坏最严重,产生的裂隙最多.
          矿压对底板的破坏程度是不一样的.根据现场观测,工作面初压及周期来压时顶板悬顶面积最大,工作面周围煤体的支撑压力及煤壁处的剪切力达到最大值,煤层底板最易造成破坏,底板最易突水。矿压对底板的破坏作用与工作面顶板岩性有关.工作面顶板岩层越不易冒落,矿压对底板的破坏作用越明显,工作面越易出水.矿压的破坏作用不显著,与底板出水不明显.所以对顶板不易冒落的工作面要及时采取措施,减少矿压的破坏作用.
        2.断裂
          断裂构造是突水的主要因素之一,综合分析其作用主要有:
          (1)断裂构造的存在破坏了底板完整性,降低了底板的强度.
          (2)断层上下两盘错动的结果,缩短了煤层与含水层的距离,甚至使煤层与含水层直接对口.
          (3)断裂带破碎、软弱,易形成导水通道.
          (4)断层带充水成为充水带,更使水文地质条件复杂化.
           一般情况下,在断层交叉复合部位、尖灭端、拐弯处、向斜轴部、转折端及隐伏裂隙存在的工作面因应力集中,易造成底板破坏突水,是预防的重点.
        3.隔水层
          隔水层对突水起阻挡作用,其阻水能力是由其厚度、岩性组合及力学强度决定的.厚度越大,越不易出水.其岩性组合及力学强度是控制底板岩层受采动影响的重要因素.当煤层底板岩层软硬相间时,不易形成裂隙;当底板岩层自近(煤层)而远,强度由弱到强时,岩层间易形成采动裂隙。煤层到底板含水层之间的距离由采矿破坏深度、有效隔水层厚度及导高三部分组成(导高是承压水沿煤层底板导水裂隙上升的高度).起阻水作用的主要是有效隔水层厚度.如果矿压对底板破坏深度大,导高又大,则有效隔水层厚度相对减小,工作面底板就容易出水.因而我们只有采取防治水措施,减少矿压对底板的破坏深度,减小导高,才能增加有效隔水层厚度,预防出水。
            4.含水层
          含水层的富水性及水压对工作面底板突水具有重要作用。含水层的富水性是突水大小的物质基础,它决定着突水后水害的规模及对矿井的威胁程度.富水性与其岩溶裂隙发育程度、迳流条件、构造发育情况及埋藏深度等因素有关。
          含水层的水压是工作面底板突水的动力,表现为静水压力及动水压力两种形式.未突水前表现为静水压力,静水压力对隔水层裂隙具有顶劈扩大作用,水压愈高,作用愈显著;出水后承压水头降低,含水层的水位能转化为动能,这是以动水压力为主.其作用主要表现在出水后,裂隙被冲刷扩大,充填物质不断被带走,通道越来越畅通,出水量越来越大。
           综上所述,造成工作面底板突水的因素很多,但概括起来主要有矿压、断裂、隔水层、含水层4个方面.针对以上突水因素,因地制宜,采取相应的防治水措施,就能有效地预防出水.
        五、 工作面底板突水防治
          根据以上分析,结合矿区实际,我们认为搞好底板突水防治主要从以下几个方面入手.
        1.采取措施,减少矿压对底板的破坏作用
          缩短工作面斜长.工作面斜长对底板的影响,实际上是矿压对底板的破坏深度问题.工作面斜长越大,压力越大,底板采动破坏深度增加,工作面底板越易出水.据有关资料推导,工作面斜长与底板破坏深度可用如下关系式表示
                H=0.5L0.7
        式中:  H??采矿破坏深度,m;   L??工作面斜长,m.
         根据我煤矿工作面斜长与突水关系,我们认为在不影响产量、回收率等问题的基础上,受徐灰、奥灰水威胁的工作面斜长应不超过500 m.
        2. 注浆改造是预防工作面突水的有效措施
          该技术通过地面注浆站集中造浆、注浆,井下施工注浆孔向介于煤层和奥灰强含水层之间的薄层灰岩(即徐灰)注浆,是预防突水的综合防治水技术,注浆改造作用及特点表现在以下几个方面:
          (1)改变了含水层的富水性.在注浆压力作用下,浆液沿裂隙扩散、沉析、结石,使奥灰岩溶裂隙基本上为粘土水泥浆充填,富水性大大减弱,甚至不含水.
          (2)切断奥灰与徐灰的补给通道.注浆过程中,在注浆压力作用下,浆液沿徐灰与奥灰的联系通道向下扩散、沉析、缩小或堵塞通道断面,减少或切断了奥灰对徐灰的补给通道.
          (3)加固了底板隔水层,提高其强度.
          (4)注浆改造可消除导高,增加有效隔水层厚度.通过注浆改造,浆液能有效地充填含水层至隔水层的导水裂隙,消除导高,使原来含水、导水的裂隙带变成纯隔水层,增加了有效隔水层厚度,对预防出水极为有利.
         3.预防断裂出水
          根据前面分析,断裂是造成工作面底板突水的主要因素之一.“逢突必断”已成为人们的共识.预防断裂出水是矿井防治水工作的主要内容之一.具体内容包括以下几个方面:
          (1)全面分析区域构造特征,研究断裂展布规律.根据每个面的巷道揭露情况及钻探资料,查明工作面断裂分布情况,为预防断裂出水提供依据.
          (2)按规定留设断层煤柱,特别对于可能导水断层,则需按规定留足防水煤柱.
          (3)分析断裂性质及力学特点,属于张性导水断裂,在巷道穿过前,要按规定提前探查并进行注浆加固,达到预期效果.否则不能直接揭露.
          (4)对断层交叉点、尖灭端、褶曲轴部等构造发育地段要重点加固防治,预防工作面在回采过程中出水.
          (5)巷道穿过断层带时,要加强支护,以防滞后出水.
          (6)认真研究滑动构造特点,滑动构造易形成“层状”充水带,对底板威胁面大.要及时分析资料,对滑动构造明显的地段要重点防治.
        4.疏水降压
          水压是造成工作面出水的重要因素,通过疏水降压可以降低水头压力,减少水压对底板的“顶劈”作用,预防出水.
        四、探放水钻孔设计
        一、探水线、钻孔深度、孔径
        为了落实好“预测预报,有掘必探,先探后掘、先治后采”的原则,确保安全掘进,确定工作面迎头为探水线,首先采用高分辨电法仪进行超前探测,探测深度不小于90米,根据每次探测结果分析确定重点防治区域,同时利用钻探进行验证,验证无异常时钻孔孔深60米,钻孔超前距30米,帮距为20米,每打一次钻可向前掘进30米。防治水设备采用高分辨电法仪进行超前探测,推断重点防治水区域。探水采用ZYJ-380/210架柱式回转钻机,钻杆Φ=79?L,孔径为79mm。
        二、钻孔数目及布置方案
        结合高分辨电法仪超前探测和三下山扩区运输巷掘进情况分析 ,掘进中每组探水钻进3个探眼。呈左1、中1、右1扇形布置,探眼距煤层底板1米处水平钻进,探眼钻孔依次为角度依次为为0-20度。根据电法仪电测结果,特殊情况时进行加密布置探眼。
        五、安全措施
       
        1、探水工作必须严格执行 “有掘必探,先探后掘”的原则。技术人员要根据矿图资料进行水情预测预报和充水条件分析。提出合理有效建议,并且报调度室及有关领导审批。
        2、掘进工作面在开工前要备好堵水材料,存放在掘进头码放整齐,并且必须配备一台完好的探水钻和一台多级泵,保证排水管路畅通。
        3、为了确切掌握探眼的覆盖面积符合要求,探水工作每班由生产技术科派技术员现场技术指导,班长负责落实,安全员、瓦检员负责监督。
        4、每次探水前瓦斯员必须先检查瓦斯和通风情况,安全员检查顶板和煤帮,技术员标定探眼位置,确认一切正常后报当班班长。
        5、当班班长接到技术员、安全员和瓦检员通知后,再认真检查巷道行人是否畅通、排水设备及系统是否可靠,确认一切正常后电话汇报调度室,经调度室同意后方可开始探水工作。
        6、探水人员在探水过程中要严格执行探放水操作规程。
        7、探水钻进必须有一名跟班领导监督执行,遇到问题及时处理。
        8、每次探水完毕后,当班技术员必须将探水情况及时汇报矿调度室和探水队队长,同时将探水钻孔布置图交探水队备案存档,探眼由验收员验收合格后方能进行掘进。
        9、巷道掘进到允许掘进位置时必须停止掘进,进行探水,安全员要及时向调度室和安全科汇报探眼深度和当班掘进进尺,并认真填写探水记录牌板。调度室和安全科要对汇报清况记录备案。
        10.探水钻进时发现煤岩松软、片帮、来压或者钻眼中水压、水量突然增大和顶钻等透水征兆时,应当立即停止钻进,严禁拔出钻杆。由跟班领导负责向调度室汇报,调度室召集有关科室及主管领导进行分析并制定方案。
        11、安全员、瓦检员要随时检查探眼,随工作面前掘探眼暴露在巷道煤帮时,无异常情况要及时采用水泥、砂浆进行封堵,以防有毒有害气体涌出。
        12、所有作业人员包括队长、安全员、瓦检员都必须现场交接班,并将当班存在问题及处理结果记录在交班记录本上。
        13、安全员当班队长在交接班时必须把当班掘进长度、剩余掘进长度交接清楚,以保证安全距离不小于30米。
        14、在探水点附近要安设电话和报警装置,遇到水情及时向调度室汇报。
             15、在探水施工中,遇到含水层、断层、陷落柱和积水区之前,应停止钻进,安好防水闸门后再继续钻进。
        16、及时清理好巷道,保证安全撤离路线畅通无阻。
        17、根据工作面探水情况,探水钻孔可兼作放水孔。如探至水量较大或有其他水体时要编制放水措施,进行放水作业。
        18、施工地点避灾路线:三下山扩区运输巷→西大巷进风巷→副平硐运输大巷→地面
       
       
       
        2011年3月
       

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